摩托车合金材料结构以及它的应用

目前，摩托车上用到的合金材料有铝合金、镁合金及钛合金等，这几种合金材料以其各自独特的优势，赢得了在摩托车上重要的一席之地，尤其是镁合金和铝合金，其广泛的应用形势被众多业内人士看好，现将它们的结构、特性和应用情况做简单的介绍。

铝合金

铝合金具有密度小、比强度和比刚度高、塑性好、易于成形、工艺简单、成本低廉等特点，在非民用的领域，广泛用于制作飞机构件（蒙皮、框架、翼梁等）。在飞机结构重量中，铝合金约占50%~80%，成为宇航、航空工业的主要材料。在民用工业中，铝合金应用的领域主要是：建筑和结构，容器和包装，交通运输以及电导体。在两轮摩托车上，近年来推出的车型不断向高马力重量比发展，国外已经有大量使用此原料的习惯。至于改装零件、赛车零件市场，铝合金制的产更是比比皆是，很多诸如升高脚踏、车把、发动机零件等，都是以一些高性能的铝合金作为原材料制作而成的。

在传统铝合金中，一般分为变形铝合金和铸造铝合金两大类，前者又有热处理强化的铝合金（如硬铝与超硬铝合金）和热处理不能强化的铝合金（如防锈铝合金）。80年代以来，又掀起了开发快速凝固新型铝合金以及Al-Li系合金、Al-Sc合金--新一代铝合金的新高潮，使铝合金在高科技领域中占据着极为重要的地位。

镁合金

镁合金是最轻的金属结构材料，其密度为1.75~1.90g/cmэ。镁合金的强度和弹性模量较低，但它有高的比强度和比刚度，在相同重量的构件中，选用镁合金可使构件获得更高的刚度。镁合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能，它可承受较大的冲击震动负荷，适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。在摩托车工业中最常见的，就是镁合金轮框，例如NSR-250SP。镁合金具有优良的切削加工性和抛光性能，在热态下易于加工成型。

上述特性以及超轻Mg-Li合金系（密度为1.35g/cmэ）的问世，拓宽了镁合金的应用范围，并在航空、航天工业中继续保持一定的生命力。

但是镁合金的抗蚀性能较低，缺口敏感性较大，化学性能活泼，所以熔炼浇注镁合金时必须采用熔剂和保护气体进行保护，防止合金的燃烧。镁合金熔体不得与水接触，否则容易引起燃烧或爆炸。热处理时必须在保护气氛中进行。

镁合金按产品状态可分为变形镁合金和铸造镁合金两大类：

（一）变形镁合金

变形镁合金按其化学成分可分为三类：

（1）Mg-Mn系，如MB1、MB8，抗蚀性与焊接性良好，用于制造飞机蒙皮，壁板，模锻件等。

（2）Mg-Al-Zn系，如MB2、MB3、MB6、MB7，主要生产锻件，用于制造导弹蒙皮、壁板等零件。

（3）Mg-Zn-Zr系，如MB15、MB22、MB25。

（二）铸造镁合金

（1）Mg-Al-Zn系，如ZM5、具有流动性好，热裂倾向小，一般用于制造隔框、轮毂、机匣等零件。

（2）Mg-Zn-Zr系，如ZM1、ZM2、ZM8。用于制造要求强度高和抗击的零件，如飞机轮毂、轮缘、隔框、支架、发动机机匣、电机壳体等。

（3）Mg-RE-Zn-Zr系，如ZM3、ZM4、ZM6、ZM9。以ZM3合金为例，该合金中加入2.5%—4%RE，0.2%~0.7%Zn，0.3%~1%Zr；它用于制造在高温下工作和要求气密性高的零件，如航空发动机增压机匣、压缩机匣及进气管道等。

钛合金

钛合金是一种新型结构材料，它具有优异的综合性能，如密度小，比强度和比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性良好，抗蚀性能优异，某些钛合金的最高工作温度为550℃，预期可达700℃。因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用，发展迅猛。

钛合金的比强度高于其他轻金属、钢和镍合金，并且这一优势可以保持到500℃左右，因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件。钛产量中约80%用于航空和宇航工业。例如美国的B-1轰炸机的机体结构材料中，钛合金约占21%，主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件。F-15战斗机的机体结构材料，钛合金用量达7000kg，约占结构重量的34%。波音757客机的结构件，钛合金约占5%，用量达3640kg。麦克唐纳·道格拉斯（Mc-Donnell-Dounlas）公司生产的DC10飞机，钛合金用量达5500kg，占结构重量的10%以上。在化学和一般工程领域的钛用量：美国约占其产量的15%，欧洲约占40%。由于钛及其合金的优异抗蚀性能，良好的力学性能，以及合格的组织相容性，使它用于制作假体装置等生物材料。

由于航空发动机的推重比不断提高，压气机的出口温度已经上升到500~600℃，选用钛合金制造高压压气机盘件和叶片，不仅可减轻结构重量，还可显著降低因离心力作用而产生的拉应力。今天在一些先进的飞机发动机中，钛合金用量已占结构重量的20%~30%。例如美国的波音飞机（747、757、767）F14、F-15、F-18、B-1B，法国的幻影2000，欧洲的A320飞机，均装上钛合金构件。它们主要制作压气机和风扇的盘件及叶片，压气机机匣、起落架轴承壳体和支承梁，尾喷口调节器、内侧辅助缝翼滑轨、舱门铰链等。随着生产和加工技术的不断完善，钛合金在航天、航空工业将获得更为广泛的应用。

必须指出，钛合金对热盐应力腐蚀具有不同程度的敏感性，在300~430℃温区更为激烈。热盐应力腐蚀的程度取决于合金成分、应力、工作温度、时间和盐的浓度。此外，钛合金在高温下能溶解其氧化物。当钛合金被加热到接近熔点的高温时，在高速气流中会发生快速氧化。在航空发动机的实际工作条件下，由于压气机转子和定子的不同轴度，经常会发生叶尖与机匣内壁摩擦着火，严重时会烧毁压气机。因此在设计应采取有效措施，防止机件失效。